สืบเนื่องมาจากความอุดมสมบูรณ์ของป่าไม้และสัตว์ป่าจนเป็นที่ยอมรับของนักวิจัยชาวไทยและ ชาวต่างประเทศว่า เป็นพื้นที่ป่าอนุรักษ์ขนาดใหญ่ มีความหลากหลายของพันธุ์สัตว์และพรรณพืช ดังนั้นในปี พ.ศ.2534 เขตรักษาพันธุ์สัตว์ป่าห้วยขาแข้ง รวมกับเขตรักษาพันธุ์สัตว์ป่าทุ่งใหญ่นเรศวร จึงได้รับการขึ้นทะเบียนเป็นพื้นที่มรดกทางธรรมชาติของโลก โดยความเห็นชอบของคณะกรรมการมรดกโลก ในการประชุมครั้งที่ 15 ณ เมืองคาร์เถจ ประเทศตูนีเซีย

สำนักงานเขตรักษาพันธุ์สัตว์ป่าห้วยขาแข้งตั้งอยู่เชิงเขาหินแดง ริมห้วยทับเสลา ห่างจากตัวจังหวัดอุทัยธานีตามเส้นทางรถยนต์ 90 กิโลเมตร อาณาเขตของเขตรักษาพันธุ์สัตว์ป่าห้วยขาแข้ง ครอบคลุมท้องที่ตำบลระบำ ตำบลป่าอ้อ อำเภอลานสัก ตำบลทองหลาง กิ่งอำเภอห้วยคต อำเภอบ้านไร่ ตำบลแก่นมะกรูด อำเภอบ้านไร่ จังหวัดอุทัยธานี และตำบลแม่ละมุ้ง อำเภออุ้มผาง จังหวัดตาก ปัจจุบันมีเนื้อที่ประมาณ 1,737,587 ไร่ หรือ 2,783.3 ตารางกิโลเมตร

การเดินทางจากอุทัยธานีสู่ป่าห้วยขาแข้งไปได้ 2 ทาง คือ

1. เข้าทางที่ทำการเขตรักษาพันธุ์สัตว์ป่าห้วยขาแข้ง อยู่ห่างจากตัวจังหวัดประมาณ 90 กิโลเมตร ตามเส้นทางสายอุทัยธานี-หนองฉาง-ลานสัก ทางหลวงหมายเลข 3438 ถึงหลักกิโลเมตรที่ 53-54 เลี้ยวซ้ายเข้าไปประมาณ 15 กิโลเมตร จะถึงที่ทำการเขตฯ ด่านตรวจเขาหินแดง ซึ่งตั้งอยู่ริมห้วยทับเสลา จากที่ทำการเขตฯ สามารถเดินทางด้วยรถยนต์ต่อไปยังสถานีวิจัยเขานางรำ ระยะทาง 17 กิโลเมตร และหน่วยพิทักษ์ป่ากะปุกกะเปียง ระยะทาง 14 กิโลเมตร จากหน่วยพิทักษ์ป่ามีเส้นทางเดินป่าไปโป่งน้ำร้อนอีก 6 กิโลเมตร

2. เข้าทางหน่วยพิทักษ์ป่าเขาบันได อยู่ทางทิศใต้ของเขตรักษาพันธุ์สัตว์ป่าห้วยขาแข้ง ห่างจากตัวจังหวัดอุทัยธานีประมาณ 110 กิโลเมตร ใช้เส้นทางสายอุทัยธานี-หนองฉาง-บ้านไร่ ระยะทาง 80 กิโลเมตร แล้วแยกเข้าทางลูกรังผ่านบ้านใหม่คลองอังวะอีกประมาณ 30 กิโลเมตร ถึงด่านตรวจคลองระยาง ไปยังหน่วยพิทักษ์ป่าห้วยแม่ดี และหน่วยพิทักษ์ป่าเขาบันได สามารถเดินป่าขึ้นล่องได้ทั้งด้านเหนือและใต้ของลำห้วยขาแข้ง

การเดินทางไปศึกษาธรรมชาติในเขตรักษาพันธุ์สัตว์ป่าห้วยขาแข้ง จะต้องติดต่อขออนุญาต จากผู้อำนวยการส่วนอนุรักษ์สัตว์ป่า กรมป่าไม้ หรือทางเขตรักษาพันธุ์สัตว์ป่าห้วยขาแข้ง ตู้ ปณ. 4 อำเภอลานสัก จังหวัดอุทัยธานี 61160 เสียก่อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเข้าพักแรมและเดินป่าในเส้นทางต่างๆ จะต้องติดต่อรายละเอียดกับทางเขตฯ ล่วงหน้าอย่างน้อย 30 วัน สถานที่พักแรมบริเวณที่ทำการเขตฯ มีบ้านพักขนาดพักได้ 10-30 คน จำนวน 3 หลัง และอาคารฝึกอบรมขนาดจุ 80 คน

หมายเหตุ ปกติเขตรักษาพันธุ์สัตว์ป่าทุกแห่งมิได้เปิดรับนักท่องเที่ยวทั่วไป ดังนั้น ผู้ที่มีโอกาสเข้าไปสัมผัสผืนป่าแห่งนี้ได้ นับเป็นความภูมิใจอย่างหนึ่ง และควรที่จะช่วยกันดูแลรักษาให้คงสภาพดีดังเดิมไว้ตลอดไป โดยการปฏิบัติตามระเบียบและข้อแนะนำของเจ้าหน้าทุกประการ

สภาพป่าส่วนมากยังสมบูรณ์ เนื่องจากไม่เคยผ่านการทำไม้มาก่อน บริเวณที่ลุ่ม ริมห้วยขาแข้งและห้วยใหญ่ ๆ เป็นป่าดงดิบชื้น ที่สูงขึ้นไปจะเป็นส่วนผสมระหว่างป่าดิบแล้งและป่าเบญจพรรณ บางแห่งจะมีไผ่รวกขึ้นเป็นกลุ่ม ๆ หรือกระจัดกระจายเป็นหย่อม ๆ บนยอดเขาสูงมาก ๆ จะเป็นป่าดิบเขา

ป่าห้วยขาแข้งเป็นป่าผืนใหญ่ที่มีเนื่อที่กว้างขวาง มีอาณาเขตบริเวณติดต่อกับ เขตรักษาพันธุ์สัตว์ป่าทุ่งใหญ่นเรศวร ที่เชื่อมโยงไปถึงประเทศพม่า สัตว์ป่าสามารถหลบหลีกไปถึงกันได้ จึงมีสัตว์ป่าอาศัยอยู่อย่างชุกชุม รวมทั้งบางชนิดที่หายากและใกล้จะสูญพันธุ์ ได้แก่ วัวแดง กวางควายป่า ช้างป่า กระทิง เก้ง หมูป่า ลิง ชะนี ค่าง สมเสร็จ เสือชนิดต่าง ๆ นกยูง ไก่ฟ้า ไก่ป่า นกหัวขวาน และนกชนิดอื่น ๆ อยู่กระจัดกระจายทั่วไป ซึ่งสามารถเห็นตัวและพบร่องรอยอยู่เสมอ

ลำห้วยขาแข้ง
ได้ชื่อว่าเป็นลำน้ำที่มีความสวยงามตามธรรมชาติมากที่สุดแห่งหนึ่งของประเทศไทย เป็นลำน้ำสายใหญ่ให้น้ำตลอดปี นอกจากจะมีน้ำที่ใสแล้ว บางตอนยังเกิดหาดทรายที่ขาวสะอาด ทอดไปตามริมลำห้วย มีปลาชุกชุมมาก รวมทั้งสัตว์ป่าและสัตว์ปีกที่อาศัยอยู่ริมน้ำ ตอนที่มีชื่อเสียงมากที่สุด คือ บริเวณสบห้วยไอ้เยาะไหลลงห้วยขาแข้ง

น้ำตกโจน
เป็นน้ำตกที่มีน้ำตลอดปี เป็นส่วนหนึ่งของลำห้วยทับเสลาไหลผ่านช่องเขาแคบ ๆ และเปลี่ยนระดับฉับพลัน ก่อให้เกิดน้ำตกมีความสูงประมาณ 50 เมตร

วงตีไก่
เป็นปรากฏการณ์ประหลาดของธรรมชาติที่เกิดมีก้อนหินขนาดต่าง ๆ วางเรียงกันเป็นวง ๆ หลายวง มีชื่อทางเข้าคล้ายประตู 4 ด้าน

โป่งนายสอ
ตั้งชื่อตามชื่อพรานป่าซึ่งเสียชีวิต เพราะถูกแรดทำร้าย อยู่ทางฝั่งขวาของลำห้วยขาแข้ง ตอนกลางของเขตรักษาพันธุ์สัตว์ป่ามีน้ำซับตลอดปี จึงมีสัตว์ป่าชุกชุมมาก

โป่งพุน้ำร้อน
เป็นโป่งใหญ่อยู่ทางตอนเหนือทางฝั่งซ้ายของลำห้วยขาแข้ง มีบ่อ น้ำพุร้อนอยู่ใกล้ ๆ สัตว์ป่าโดยเฉพาะกระทิง วัวแดง และกวาง มีชุกชุมมาก

นอกจากนี้ยังมีโป่งต่าง ๆ ซึ่งมีชื่อเสียงมากอีกหลายโป่ง เช่น โป่งแสนโต๊ะ โป่งตะคร้อ โป่งหญิง โป่งเจียว โป่งสมอ เป็นต้น